Постоянные магниты
Постоянными магнитами называют тела, способные продолжительное время сохранять способность к притягиванию металлических предметов. Что лежит в основе этого удивительного свойства, как возникает магнитное поле, какие вещества могут обладать такими свойствами? Попробуем разобраться.
Из истории магнетизма
В VI в. до н.э. в древнем Китае был обнаружен минерал (горная порода), который притягивал к себе железные предметы. Китайцы дали ему название “чу-ши”, что переводится как “любящий камень. “Любящий” — в смысле притягивающий.
Слово “магнит” ввели в обиход древние греки в V в. до н.э. Существует легенда, что первые образцы этих необычных “черных камней” были найдены вблизи города Магнесу, где были обнаружены залежи магнетита. Магнит переводится как “камень из Магнесии”.
Определение и основные признаки постоянного магнита
Постоянным магнитом называют твердый предмет, способный долгое время сохранять состояние намагниченности. Состояние намагниченности означает наличие магнитного поля, которое воздействует (притягивает) на металлические предметы.
Постоянные магниты могут быть естественного происхождения (магнетит) и искусственными, которые изготавливают из железа, стали, никеля, кобальта и других, более редких металлов. Искусственные магниты получают с помощью намагничивания заготовок в сильном магнитном поле. Эти магниты могут иметь разную форму и размеры.
Рис. 1. Постоянные магниты разной формы. Полосовые и дуговые магниты
Основным признаком постоянного магнита является наличие двух магнитных полюсов: южный — S, и северный — N. Магнитные линии направлены снаружи постоянного магнита от северного полюса к южному, а внутри магнита от южного к северному.
Почему у постоянного магнита имеется магнитное поле
В 1820 г. датский физик Ханс Эрстед при исследовании электрических явлений обнаружил, что если вблизи металлического провода разместить магнитную стрелку компаса, то при включении электрического тока стрелка отклонялась на заметный угол. Хотя он и не смог объяснить это явление, но после опубликования этих результатов французский ученый Андре-Мари Ампер высказал предположение, что движение электрических зарядов в проводе — электрический ток, приводит к появлению магнитного поля. Происходит взаимодействие, и на практике стрелка отклоняется.
Рис. 2. Гипотеза Ампера. Модель Ампера для внутренних токов в магнитах
Эту же идею Ампер использовал для объяснения природы магнитного поля постоянных магнитов. Согласно его теории магнитное поле появляется из-за наличия в магнитах непрерывно циркулирующих круговых токов, которые эквивалентны небольшим магнитикам. Эти токи складываются, усиливают друг друга и создают общее магнитное поле внутри и вне магнита. Магнит в целом представляет собой набор (сумму) этих магнитиков.
Наша планета представляет собой огромный постоянный магнит. Принципиальная схема постоянного магнита Земли, который создает ее магнитное поле, аналогична природе обычного, природного магнита. Ядро Земли имеет внешнюю оболочку из расплавленных металлов (железа, никеля и ряда примесей) при температуре более 4000 К 0 . Раскаленная масса, состоящая из смеси заряженных частиц, вращается вместе с Землей. В результате возникают непрерывно циркулирующие потоки и вихри, которые являются главной причиной появления магнитного поля Земли.
Как и из чего делают постоянные магниты
Магнетиты имеют довольно слабые магнитные свойства. Промышленным способом налажено массовое производство искусственных магнитов различных размеров. Исходными материалами для этого служат сплавы на основе металлов: железа Fe, никеля Ni, кобальта Co, неодима Nd, самария Sm. Заготовки из этих сплавов получают литьем, прессованием или спеканием. Затем они помещаются в очень сильное однородное магнитное поле, создаваемое электромагнитами. Во время воздействия магнитного поля, намагниченные частицы направляются в одну сторону. Так выравнивается полярность будущего магнита. В результате заготовки сильно намагничиваются и становятся самостоятельными постоянными магнитами.
В последнее время большую популярность получили полимерные постоянные магниты (магнитопласты). Их изготавливают из смеси магнитного порошка и полимерной (пластиковой) эластичной добавки, например, резины. Магнитные свойства магнитопластов невысоки, но их вполне достаточно для изготовления различных полезных приспособлений, например, магнитов на холодильник, пластиковых карт, демонстрационных и учебных досок.
Где используют постоянные магниты
Замечательные свойства постоянных магнитов используются в различных областях науки, техники, на производствах, в повседневной жизнедеятельности. Вот только некоторые из них:
- Запись и хранение информации (магнитные ленты, компьютерные дискеты и диски);
- Пластиковые карты различного назначения (финансовые, бонусные, контрольно-пропускные);
- Микрофоны, громкоговорители, звуковая техника;
- Электродвигатели, генераторы, трансформаторы;
- Компасы;
- В измерительных приборах с отклоняющей стрелкой, например, в амперметрах;
- Пластиковые магниты для использования в учебных выставочных целях;
- Магниты на холодильник;
- Изготовление застежек для одежды и сумок:
- Мебельные фиксаторы (закрывание дверок);
- Детские игрушки.
Пальму первенства среди самых мощных искусственных магнитов на сегодняшний день удерживают магниты, в состав которых включены редкоземельные металлы: неодим (сплав Nd-Fe-B) или самарий (сплав Sm-Co). Эти магниты могут сохранять свои свойства, не размагничиваясь в течение 30 лет.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что постоянные магниты могут быть естественными и искусственными. Согласно теории Ампера магнитное поле появляется из-за наличия внутри магнитов непрерывно циркулирующих круговых токов. Эти токи и создают общее магнитное поле внутри и вне магнита. Самые сильные постоянные магниты изготавливаются с применением редкоземельных металлов: самария и неодима.
Какие тела называют постоянными магнитами? Где расположены их полюса? Как взаимодействуют постоянные магниты?
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
Какие тела называют постоянными магнитами
Автор: Коренкова Алла Александровна
Организация: МАОУ СОШ №137
Населенный пункт: г. Челябинск
Постоянные магниты
- Дать представление о постоянных магнитах.
- Формировать и развивать умение сравнивать, выделять главное, готовить сообщения.
- Формировать познавательный интерес к предмету.
- Познакомиться с понятиями: постоянный магнит, полюса магнита, силовые линии магнитного поля магнита.
- Рассмотреть свойства постоянных магнитов, способы их получения и применения.
Изучение нового материала
- Прочитайте § 59
- Ознакомьтесь со следующей информацией:
Магнит. Это слово для вас не является новым. Я уверена, что вы играли с магнитами, поднося их к скрепкам, гвоздям, кнопкам. И о компасе знаете не понаслышке. Создав искусственные магниты, человек применил их в телефонах, радио, магнитофонах, телевизорах, компьютерах, мобильных телефонах … А что же такое «постоянный магнит»?
Физический словарь: Магнит от греческих слов Magnetis eitos камень из Магнессии – древний город в Малой Азии.
- Опыт «Послушные рыбки»: В средние века весьма распространенным иллюзионным номером были так называемые «послушные рыбы» , изготовлявшиеся из дерева. Они плавали в бассейне и повиновались малейшему мановению руки фокусника, который заставлял их двигаться во всевозможных направлениях. Секрет фокуса был чрезвычайно прост: в рукаве у фокусника был спрятан магнит , а в головы рыб вставлены кусочки железа.
. Вы можете дома повторить этот опыт, сделав, например, из парафиновой свечи маленьких «рыбок», вставив внутрь небольшой гвоздик.
Из чего же можно изготовить постоянный магнит?
- Исследовательская работа учащихся: поднесите магнит к различным веществам и пронаблюдайте их взаимодействие, сгруппируйте вещества по их способности проявлять свои магнитные свойства.
- Дерево
- Пластмасса
- Медь
- Цинк
- Бумага
Давайте сформулируем определение постоянного магнита и полюса магнита
- Магниты– тела, длительное время сохраняющие намагниченность.
- Полюс – место, где обнаруживаются наиболее сильные магнитные действия
Применение постоянных магнитов
- Магнитная подвеска (поезда в Японии, США – в воздухе его поддерживают 8 магнитов)
В Германии высокоскоростная магистраль связала Гамбург и Мюнхен, а в 2000 году вошла в строй линия на магнитной подвеске «Трансрапид» между Берлином и Гамбургом. При скорости 320 км / час 283 км поезд преодолевает за 53 минуты.
- Агломерационная фабрика по обогащению железной руды.
- При контроле герметичности консервные банки в ванне с водой не всплывают, т. к. удерживаются магнитами.
- Укладка гвоздей стройными рядами в ящики.
- Изучите презентацию: Постоянные магниты
- Посмотрите видео по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=t1-YdA5Zwrg
- Какие тела называют постоянными магнитами?
- Как Ампер объяснил намагничивание железа?
- Что называют магнитными полюсами магнита?
- Какие из известных вам веществ притягиваются магнитом?
- Как взаимодействуют между собой одноименные полюсы магнитов?
- Как взаимодействуют между собой разноименные полюсы магнитов?
- Как можно получить представление о магнитном поле магнита?
- Основатель ислама пророк Мухаммед был захоронен в железном гробу. Легенда утверждает, что он висит в воздухе, ибо земля недостойна держать на себе столь святого человека, каким был посланник аллаха, принесший арабам новую религию. На поклонение этому чуду в аравийский город Медину до наших дней стекаются паломники-мусульмане из разных стран. Объясните это явление.
Приготовить сообщение о магнитах, используя рассказ «Магнит», Л. Н. Толстой.
Приготовить сообщение о магнитах, используя информацию о русском иллюзионисте Антоне Гамулецком.
Постоянные магниты: какие тела называют постоянными магнитами
Люди заметили, что в природе встречается руда, притягивающая к себе металлические предметы. Последние, вследствие намагничивания, также приобретают способность притягивать железные объекты. После удаления естественного магнита тело остаётся намагниченным, и со временем это воздействие ослабевает. Рассмотрим, какие тела называют постоянными магнитами, их свойства.
Природа и принцип действия
Движущиеся в атоме электроны вследствие вращения формируют крохотные вихревые магнитные поля. Основу магнитного поля создаёт вращающийся вокруг собственной оси атом, как планеты, их спутники, звёзды.
Почему к постоянному магниту не притягиваются одни материалы, зато отлично «липнут» другие? Дело в направленности, ориентации магнитных линий. В немагнитных материалах (веществах с крайне слабой намагниченностью) поля атомов направляются в различные стороны, часто гася друг друга, а не усиливая.
В ряде металлов атомы структурированы, объединены в группы – домены – миниатюрные магнитики. В состоянии покоя кусок стали не обладает магнитными свойствами, а приложенное к нему поле, эти домены упорядочивает; они ориентируются в одну сторону, силовые линии складываются.
Как взаимодействуют постоянные магниты
Что постоянный магнит притягивает, что – отталкивает
Алюминий со свинцом и медью – немагнитные материалы или слабомагнитные.
Существует немного веществ, из каких можно сделать постоянные магниты в домашних условиях. Это неодим, железо, его сплав с углеродом – поднесите вплотную к такому предмету постоянный магнит, и вскоре кусок стали начнёт притягивать мелкие гвозди, скрепки, металлические опилки.
Различают магнитотвердые и мягкие материалы. Первые сохраняют свойства долго, но теряют их вследствие несильных ударов, вибраций; вторым присущи свойства ферромагнетика, которые быстро теряются.